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激光雷达技术

2018-02-20 09:48 次阅读

“雷达”是一种利用电磁波探测目标位置的电子设备.电磁波其功能包括搜索目标和发现目标;测量其距离,速度,角位置等运动参数;测量目标反射率,散射截面和形状等特征参数。

传统的雷达是微波和毫米波波段的电磁波为载波的雷达。激光雷达激光作为载波.可以用振幅、频率、相位和振幅来搭载信息,作为信息载体。

激光雷达利用激光光波来完成上述任务。可以采用非相干的能量接收方式,这主要是一脉冲计数为基础的测距雷达。还可以采用相干接收方式接收信号,通过后置信号处理实现探测。激光雷达和微波雷达并无本质区别,在原理框图上也十分类似,见下图

激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的原理相似,它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息,实现对目标的探测、跟踪和识别。

激光雷达由发射,接收和后置信号处理三部分和使此三部分协调工作的机构组成。激光光速发散角小,能量集中,探测灵敏度和分辨率高。多普勒频移大,可以探测从低速到高速的目标。天线和系统的尺寸可以作得很小。利用不同分子对特定波长得激光吸收、散射或荧光特性,可以探测不同的物质成分,这是激光雷达独有的特性。

激光雷达的种类

目前,激光雷达的种类很多,但是按照现代的激光雷达的概念,常分为以下几种:

按激光波段分:有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达。

按激光介质分:有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等。

按激光发射波形分:有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等。

按显示方式分:有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达。

按运载平台分:有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。

按功能分:有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达,激光目标指示器和生物激光雷达等。

按用途分:有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等。

在具体应用时,激光雷达既可单独使用,也能够同微波雷达,可见光电视、红外电视或微光电视等成像设备组合使用,使得系统既能搜索到远距离目标,又能实现对目标的精密跟踪。

激光雷达与微波雷达比较

激光雷达的波长比微波短好几个数量级,又有更窄的波束。因此,于微波雷达相比,激光雷达具有如下优点:

1、角分辨率高,速度分辨率高和距离分辨率高。采用距离-多普勒成像技术可以得到运动目标的高分辨率的清晰图象。

2、抗干扰能力强,隐蔽性好;激光不受无线电波干扰,能穿越等离子鞘,低仰角工作时,对地面多路径效率不敏感。激光束很窄,只有在被照射的那一点,那瞬间,才能被接收,所以激光雷达发射的激光被截获的概率很低。

3、激光雷达的波长短,可以在分子量级上对目标探测。这是微波雷达无能为力的。

4、在功能相同的情况下,比微波雷达体积小,重量轻。

当然,激光雷达也有如下缺点:

1、激光受大气及气象影响大。大气衰减和恶劣天气使作用距离降低。此外,大气湍流会降低激光雷达的测量精度。

2、激光束窄,难以搜索目标和捕获目标。一般先有其他设备实施大空域、快速粗捕目标,然后交由激光雷达对目标进行精密跟踪测量。

激光雷达探测原理

激光雷达最重要的性能参数是系统信噪比(SNR)。下图给出了激光雷达的非相干和相干接收机方框图。

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